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作者：英聯半導體 梁彬 為應對日益復雜的處理任務，越來越多的應用會使用微處理器搭載各種操作系統的方案。操作系統的啟動周期一般在十幾秒，有的甚至在一分鐘以上。另外，為保證在程序跑飛時系統可自恢復，在許多對可靠性要求較高的應用中，外置看門狗定時器也是不可或缺的。此類定時器的溢出周期一般為一兩秒。由于微處理器與看門狗芯片是同步上電，在看門狗定時器的溢出周期內微處理器必須提供脈沖信號來喂狗，但若系統未完全啟動，又無法提供脈沖信號，無脈沖信號，看門狗溢出，系統復位……如此會進入死鎖狀態。 在微處理器超長啟動周期中，如何有效的管理外部看門狗，本文將做詳細探討，并提供行之有效的參考設計電路。 微處理器多功能復位管理芯片 以UM706為例，這是一款微處理器多功能復位管理芯片，集看門狗定時器、按鍵復位、上電/掉電復位、電壓跌落預警等多種功能于一身，內置抗干擾電路，性能穩定可靠，適合對可靠性要求高的應用場合。 
圖1. UM706內部框圖 典型應用 UM706的一個典型應用如圖2所示。電路中，看門狗輸出與手動復位輸入相連，微處理的復位觸發信號可以是上電/掉電、按鍵接地或看門狗定時器溢出。該電路非常簡潔，可同時對多種復位信號進行管理，但是缺點也很明顯，就是前文提到的，若微處理器啟動周期超出看門狗溢出周期，復位信號將反復被觸發，系統死鎖。
圖2. 典型應用 微處理器啟動過程中禁止看門狗 針對圖2應用電路的不足，巧妙的增加一個SPDT（單刀雙擲）模擬開關UM3157，可以實現在微處理器啟動期間禁止看門狗。
圖3. 利用SPDT模擬開關實現啟動過程中禁止看門狗 UM706的規格書指明，當看門狗輸入端WDI懸空或三態時，看門狗禁止，內部計數器停止計數，輸出端WDO將保持高電平。充分利用這一特性，處理器啟動期間，通過模擬開關使WDI選通到懸空通道（如圖4所示），看門狗禁止，不影響系統正常啟動；待系統啟動完畢，連接EN的I/O引腳輸出控制電平，使WDI選通到另一I/O引腳，看門狗使能，實現正常的喂狗操作（如圖5所示）。另外，需特別注意的是，一般處理器上電后，I/O引腳默認輸出高電平或低電平，無論哪種情況，只需保證啟動期間WDI懸空即可，故圖3中NC與NO引腳哪個懸空，哪個接處理器I/O，視具體情況而定。 圖3的應用電路，可以說非常實用，UM3157為SOT363封裝，尺寸僅2mm*2mm，成本非常低，占用處理器資源也很少，只需一根額外的I/O引腳控制模擬開關的通道選擇。
圖4. 啟動期間模擬開關狀態
圖5. 啟動完畢模擬開關狀態 微處理器啟動過程中的看門狗禁止周期設置 在某些應用中，客戶希望啟動過程也要在看門狗的監控中，也就是說萬一系統啟動失敗，看門狗可以自動輸出復位信號讓系統重新啟動，這在網絡遠程啟動，無人值守的狀況下非常必要。為實現這一目的，要求看門狗溢出周期至少要比系統啟動周期長，但實際上市面上基本沒有溢出周期一分鐘以上的看門狗芯片。 如圖6所示，在圖3電路基礎上增加555定時器搭建的單穩態觸發器，通過設置外部RC元件參數，可靈活設置看門狗的禁止周期，若系統在預先由RC元件設定的時長內未完成啟動，看門狗重新被使能，再經短暫的溢出周期后（UM706看門狗溢出周期典型值1.6秒），WDO輸出低電平，系統被復位，重新啟動，直至成功。
圖6. 利用555定時器設置看門狗禁止周期 原理分析：無論何種原因觸發復位信號，上電/掉電、按鍵接地或看門狗溢出， RESET輸出0電平，即555電路TRIG引腳的輸入信號vi為0電平，由于vi連接至555定時器內部比較器的同相端，該比較器的反相端通過內部分壓電路連接到1/3VCC，此時vi<1/3VCC，該比較器輸出為0，即內部RS觸發器的置1端為0，則RS觸發器輸出1，OUT引腳輸出1，vo為1，模擬開關COM選通到懸空通道NO，看門狗禁止。與此同時，555定時器內部放電開關管由導通態變為截止態，單穩觸發器進入暫穩態，電容C1開始充電，放電端電壓vc“緩慢”上升，如圖7所示。看門狗禁止周期Tw由R4和C1設定，
通常R的取值在幾百歐姆到幾兆歐之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，Tw的范圍為幾微妙到幾分鐘。但Tw越大，其精度和穩定度也要下降。 當放電端電壓vc>2/3 VCC，555定時器內部RS觸發器置0端為0，RS觸發器輸出0，vo=0，模擬開關COM選通到通道NC，看門狗使能，若啟動正常，微處理器可正常喂狗。與此同時，555定時器內部放電開關管由截止態變為導通態，單穩觸發器進入穩態。
圖7. 單穩觸發器波形 圖6的應用電路，本質上是一種雙看門狗設計，處理器啟動過程中利用555定時器，對啟動過程進行長看門狗周期管理；待啟動完畢，電路自動切換至UM706內部看門狗，對程序運行進行短看門狗周期管理；其中，模擬開關UM3157起到橋梁的作用，把兩部分巧妙的組合成一個有機整體。 |
